下载客户端

有趣、有料！浙大变着魔术教力学的86岁老教授，带你玩转奇妙实验室！

2020-09-20 10:57

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

原创请收藏浙江大学

高层建筑如何在强震飓风中岿然不动？虎门悬索大桥发生异常振动原因何在？彩虹弹簧无心，怎能似孩童般拾阶而下？……这些问题的答案尽在工程力学强基实验室，并且将以“看得见，摸得着”的方式被呈现出来。

刚刚过去的这个暑假，对航空航天学院86岁的退休教授庄表中而言，意义非凡，过得忙碌而充实。他与王永和金肖玲副教授一道，筹建了工程力学强基实验室。实验室“神秘面纱”初揭，我们不妨先睹为快！

小魔术、大奥秘：

八旬教授用魔术讲力学

“我在这里表演一个魔术——‘喜结良缘’。”实验室展柜前的庄表中教授左手取过链条，右手托住穿过链条的钢环。他松开手，钢环却并未按自由落体落到地上，而是神奇地被链条套住。“这是基础力学中动量矩定理的运用，钢环受冲量后，动量矩发生了改变。”

紧接着，庄表中教授又演示了骰子魔术。“123456，你想变哪个数字？”“想要6？咱们就变6！”他将装着6颗骰子的长方体塑料盒用力冲击一下。当塑料盒打开时，盒中整齐排列的6颗骰子全部呈现点数6。而让骰子“听话”的奥秘，恰恰就在不对称冲击使骰子转动90°。

这不是庄表中教授第一次表演魔术。每次作讲座、上课，他都会带上魔术道具。他通过变魔术这一寓教于乐的方式讲授力学的事迹，曾被中央电视台、中国教育电视台、人民网、钱江晚报等媒体广泛报道，他也因此被称为“用魔术包装力学的网红教授”。

今年已86岁高龄的庄表中教授，1954年毕业于浙江大学机械工程学系，1959年毕业于清华大学力学研究生班。从上世纪五十年代开始工作直至退休，他一直在浙江大学力学系任教，从事基础力学的教学与科研工作，出版了著作11本、光盘4张。

2008年，庄表中教授偶然在电视上看到刘谦表演的钢环魔术，对魔术产生了浓厚兴趣。他迅速看穿了背后的力学原理，也敏锐地察觉到借由魔术和玩具道具讲授力学原理的意义。有一次出差，他看到火车上在售卖钢环和链条的魔术道具，觉得有意思想买，却不巧售完买不到。回家后，庄老师自制了魔术道具并对此进行了系统地实验研究，还把相关结果写成论文发表在力学杂志《力学与实践》上。也是从那时起，庄表中教授与魔术结下了不解之缘。

在大学课堂、科普讲座中借助魔术讲解力学知识，化抽象为形象，使深奥的力学理论变得通俗易懂，加深学生的印象；每年跑几趟义乌小商品市场，淘些体现力学原理的新玩具、新魔术，给老师和学生当教具；自制一些浙大独有的教具，如屈曲失稳模型，零刚度、负刚度模型，啄木鸟模型等；与青年教师共同录制实验课程慕课，将教育理念和成果分享给更多人……退休后的庄表中教授，心心念念的仍是教书育人。他还加入了浙大关工委宣讲团，面向不同群体上科普课和党课。与时俱进、心系学子的他，尽自己所能发挥着余热。

强基础，重实效：

强基实验室让人直呼“百闻不如一见”

说起实验室，大家的第一印象或许是冷冰冰的仪器和设备。但在紫金港校区西四A-344这个不大的工程力学强基实验室，你却能感受到不一样的“温度”。

除了寓教于乐的魔术和玩具，这里还有许多精巧的布置，如近六十年前庄表中任王仁东教授助教时，为练基本功整理的两千多道理论力学和材料力学习题卡片；上世纪八十年代的多种多样的力学教具；可完成6个实验的理论力学多功能台等。这些都让人感到既新鲜、有趣，又有实用价值。

“这是实验室中的一个重要实验——通过挂单摆来减振。暑期，王永和金肖玲花了许多时间调试好了，我们来看看。”随着庄表中教授的指引，我们看到了布置于导轨上的激振器、底座和夹持于底座上的竖梁。竖梁模拟的是高层建筑结构（如高楼、电视塔等），激振器激励底座模拟的是水平地震。“地震”作用下，“高层建筑”的剧烈振动被置于顶部的一个小铁球彻底抑制下来。

这涉及到单摆调谐减振的知识点。调谐减振原理在工程中有重要应用。例如，稳住台北101大楼的是悬挂于88至92楼的一颗金黄色大钢球。这颗“定楼神球”又称调谐质量阻尼器（TMD），即是利用单摆来协调大楼平衡，减轻晃动。

“我们的演示和实验装置除了能给学生更直观的体验，更好地掌握理论知识外，还能用于实验研究。”庄表中教授补充说道。在这里，可用于实验研究的装置就有11个。例如，单摆挂什么地方，单摆的质量多少，绳子长度多少，阻尼多少，这四个参数可以演化出重要的研究课题，相信同学们一定能在钻研过程中有所收获。不仅如此，实验室还进一步发展到了顶部装液体罐减振的调谐液体阻尼器，又称TLD。

工程力学强基实验室是为了配合工程力学强基计划和一流本科专业建设而设置。深感基本知识、基本理论、基本实验、基本训练重要性的庄表中教授认为，“强基”理念有利于“立德树人”根本任务的落实，应大力倡导。他说：“‘百闻不如一见’是千百年来传播知识的诀窍，它可以提升教学效率与效果。看得见、摸得着的东西使人印象深刻，在工程力学强基实验室，学生能见识一百种以上的力学概念、演示实验等。我们希望借此帮助学生加深对力学基本概念、基本理论的认识，了解力学在生活中的应用，完成力学相关基本习题、基本实验，锤炼扎实的基本功，并进一步探索、明晰创新性研究问题，为国家、社会发展贡献自己的聪明才智。”

勤耕耘，厚积淀：

顶着高温天连续奋战不言苦

从3月中旬开始筹备，到6月装修动工，再到9月规模初具，实验室从无到有，除了学院领导和老师们的支持，更离不开庄表中、王永和金肖玲三人的不懈探索和倾注的无数心血。暑期，顶着高温酷暑加班加点，对他们来说是家常便饭。事实上，看似短短数月筹建的背后，更有着力学人数十载的深厚积淀。

“庄老师是我国随机振动领域的先行者之一，是理论和应用、科研和教学相结合的践行者。在庄老师身上，我们能感受到一个时代的伟大精神。”在王永看来，庄老师的敬业与奉献精神深深感染着自己。

而面对两位青年教师，庄表中教授亦是充满赞许：“王永、金肖玲两位老师年轻有为，任劳任怨，敬业于教学和科研。从规划到布置，他们付出了很多。”

在三位老师的通力合作下，工程力学强基实验室已初露真容。“目前，实验室包含了历史传承、实验演示、开放实验、玩具魔术特色和作品展示等五个模块。”王永介绍道。

其中，历史传承模块通过实物展示力学前辈们在基础力学学习和教学过程中所耗费的巨大心血，具有历史厚重感，希望勉励同学们摆脱浮躁风气、孜孜以求真理；实验演示模块演示一系列与理论力学、材料力学和流体力学有关的实验和实物，使学生深入理解基础力学的概念、方法和应用；开放实验模块包含多个开放性实验，如单轴和双轴机械式激振器、高层建筑调谐减振等，并提供了大尺寸实验操作台；玩具魔术特色模块展示与力学密切相关的玩具和魔术，揭示其力学原理和巧妙运用，配合高教社大众力学丛书，体现教学特色；优秀作品展示模块则计划保存每届学生中最有创意的作品，为后继学生树立榜样。